垂直位移监测方法

1、韩婷婷韩婷婷 鄂州职业大学建筑工程学院测量教研室鄂州职业大学建筑工程学院测量教研室 工程变形监测技术 项目三项目三 垂直变形监测垂直变形监测 2 任务一 垂直变形监测控制网的建立 任务二：垂直变形监测方法 任务三：垂直变形技术总结及数据处理 任务二：垂直变形监测方法 3 精密水准测量 三角高程测量 高程变形监测网布设高程变形监测网布设 4 变形测量点，宜分为基准点、工作基点和变形观测点基准点、工作基点和变形观测点。其布 设应符合： 每个工程至少应有三个稳固可靠的点作为基准点； 工作基点应选在比较稳定的位置。对通视条件较好或观 测项目较少的工程，可不设工作基点，在基准点上直接测定 变形观测点；

2、变形观测点应设立在变形体上能反映变形特征的位置。 对监测点高程变化量的测量工作； 有时用“+” 表示下沉，用“-”时表示上升。 方法一方法一 精密水准测量精密水准测量 5 精密水准测量精度高，方法简便，是垂直位 移监测最常用的方法。 水准基点是垂直位移监测的基准点，一般 34个点构成一组，形成近似正三角形或正 方形，为保证其坚固与稳定，应选埋在变形 区以外的岩石上或深埋于原状土上，也可以 选埋在稳固的建构筑物上。 水准基点水准基点 6 普通混凝土标 地面岩石标 浅埋钢管标 井式混凝土标 深埋钢管标 深埋双金属标 普通混凝土标普通混凝土标 7 地面岩石标地面岩石标 8 浅埋钢管标浅埋钢管标 9

3、井式混凝土标井式混凝土标 10 深埋钢管标深埋钢管标 11 深埋双金属标深埋双金属标 12 工作基点工作基点 13 工作基点是用于直接测定监测点的起点或终点。 工作基点应布置在变形区附近相对稳定的地方， 其高程尽可能接近监测点的高程。 工作基点一般采用地表岩石标，当建筑物附近 的覆盖层较深时，可采用浅埋标志，当新建建筑 物附近有基础稳定的建筑物时，也可设置在该建 筑物上。 因工作基点位于测区附近，应经常与水准基点 进行联测，通过联测结果判断其稳定状况，保证 监测成果的正确可靠。 监测点监测点 14 监测点是垂直位移监测点的简称，布设在被 监测建（构）筑物上。 布设时，要使其位于建（构）筑物的特

4、征点 上，能充分反映建（构）筑物的沉降变形情 况，点位应当避开障碍物，便于观测和长期 保护，标志应稳固，不影响建构筑物的美观 和使用，还要考虑建筑物基础地质、建筑结 构、应力分布等，对重要和薄弱部位应该适 当增加监测点的数目。 盒式标志盒式标志 15 钢筋观测点钢筋观测点 16 隐蔽观测点（螺栓式标志）隐蔽观测点（螺栓式标志） 17 监测仪器监测仪器 18 针对具体的监测工程，应当使用满足精度要求的 水准仪，采用正确的测量方法； 对特级、一级垂直位移监测，应使用DS05型水准 仪配和因瓦合金标尺； 对二级垂直位移监测，应使用DS1或DS05型水准 仪和因瓦合金标尺； 对三级垂直位移监测，应使用

5、DS3水准仪和区格 式木质标尺或DS1型水准仪和因瓦合金标尺。 仪器的检验仪器的检验 19 无论使用何种仪器，开始工作前，应该按 照测量规范要求对仪器进行检验； 水准仪的i角误差是最重要的检验项目。 精密水准测量前，还应按规范要求对水准 标尺进行检验，其中标尺的每米真长偏差 是最重要的检验项目，一般送专门的检定 部门进行检验。 监测方法与技术要求（监测方法与技术要求（1 1） 20 采用精密水准测量方法进行垂直位 移监测时，从工作基点开始经过若干 监测点，形成一个或多个闭合或附合 路线，其中以闭合路线为佳，特别困 难的监测点可以采用支水准路线往返 测量。 整个监测期间，最好能固定监测仪 器和监

6、测人员，固定监测路线和测站， 固定监测周期和相应时段。 监测方法与技术要求（监测方法与技术要求（2 2） 21 为了减少为了减少i i角误差的影响，水准测量规范对前后视角误差的影响，水准测量规范对前后视 距差和前后视距累积差都有明确的规定，测量中应距差和前后视距累积差都有明确的规定，测量中应 遵照执行。遵照执行。 严格控制前后视距差和前后视距累积差，也可有严格控制前后视距差和前后视距累积差，也可有 效地减弱磁场和大气垂直折光的影响。效地减弱磁场和大气垂直折光的影响。 水准测量规范对观测程序有明确的要求，往测时，水准测量规范对观测程序有明确的要求，往测时， 奇数站的观测顺序为奇数站的观测顺序为

7、“后前前后后前前后”；偶数站的观；偶数站的观 测顺序为测顺序为 “前后后前前后后前”。返测时，奇、偶数站的。返测时，奇、偶数站的 观测顺序与往测偶、奇数站相同。观测顺序与往测偶、奇数站相同。 标尺的每米真长偏差应在测前进行检验，当超过标尺的每米真长偏差应在测前进行检验，当超过 一定误差时应进行相应改正。一定误差时应进行相应改正。 一、二等水准测量外业观测一、二等水准测量外业观测 22 对奇数测站为：对奇数测站为： （1 1）照准后视标尺的基本分划）照准后视标尺的基本分划( (左侧刻度左侧刻度) )读数读数 （2 2）照准前视标尺的基本分划）照准前视标尺的基本分划( (左侧刻度左侧刻度) )读数

8、读数 （3 3）照准前视标尺的辅助分划）照准前视标尺的辅助分划( (右侧刻度右侧刻度) )读数读数 （4 4）照准后视标尺的辅助分划）照准后视标尺的辅助分划( (右侧刻度右侧刻度) )读数读数 这样的顺序简称为后这样的顺序简称为后前前前前后后 对偶数测站为：对偶数测站为： （1 1）照准前视标尺的基本分划）照准前视标尺的基本分划 （2 2）照准后视标尺的基本分划）照准后视标尺的基本分划 （3 3）照准后视标尺的辅助分划）照准后视标尺的辅助分划 （4 4）照准前视标尺的辅助分划）照准前视标尺的辅助分划 这样的顺序简称为前这样的顺序简称为前后后后后前。返测时的观测顺前。返测时的观测顺 序与往测相反

9、。序与往测相反。 一测站操作具体步骤一测站操作具体步骤 23 （1 1）安置仪器使气泡居中。）安置仪器使气泡居中。 （2 2）将望远镜对准后视标尺，使符合气泡两端的影像近于符合，随后）将望远镜对准后视标尺，使符合气泡两端的影像近于符合，随后 用上、下丝照准标尺基本分划进行视距读数，视距第四位数由测微轮直用上、下丝照准标尺基本分划进行视距读数，视距第四位数由测微轮直 接读得。然后使水准气泡严格居中，用楔形平分丝精确照准标尺的基本接读得。然后使水准气泡严格居中，用楔形平分丝精确照准标尺的基本 分划，并读出标尺基本分划与测微轮的读数。分划，并读出标尺基本分划与测微轮的读数。 （3 3）旋转望远镜对准

10、前视标尺，水准气泡严格居中，用楔形丝精确对）旋转望远镜对准前视标尺，水准气泡严格居中，用楔形丝精确对 准基本分划。并读出标尺基本分划与测微轮读数。然后用上、下丝照准准基本分划。并读出标尺基本分划与测微轮读数。然后用上、下丝照准 标尺的基本分划进行视距读数。标尺的基本分划进行视距读数。 （4 4）用微动螺旋旋转望远镜，照准前视标尺的辅助分划，并使气泡严）用微动螺旋旋转望远镜，照准前视标尺的辅助分划，并使气泡严 格居中，读出标尺辅助分划与测微轮读数。格居中，读出标尺辅助分划与测微轮读数。 （5 5）旋转望远镜，照准后视标尺的辅助分划，并使气泡严格居中，使）旋转望远镜，照准后视标尺的辅助分划，并使气

11、泡严格居中，使 楔形平分丝精确照准并进行辅助分划和测微轮的读数。楔形平分丝精确照准并进行辅助分划和测微轮的读数。 标尺零点差的影响标尺零点差的影响 24 视线长度、前后视距差和视线高度（视线长度、前后视距差和视线高度（m m） 等级等级 仪器类型仪器类型 视线长度视线长度 前后视距差前后视距差 视距累积差视距累积差 视线高度视线高度 特级特级DS05DS0515150.30.31.51.50.50.5 一级一级DS05DS0530300.50.51.51.50.50.5 二级二级 DS05DS05、 DS1DS1 50501.01.03.03.00.30.3 三级三级DS1DS1、DS3DS3

12、75755.05.08.08.00.20.2 25 水准测量主要限差（水准测量主要限差（mmmm） 等级等级 基辅分基辅分 划读数划读数 差差 基辅分基辅分 划高差划高差 之差之差 相邻基相邻基 准点高准点高 差中误差中误 差差 测站高差测站高差 中误差中误差 往返较差、往返较差、 附合或环线附合或环线 闭合差闭合差 检测已测检测已测 高差较差高差较差 特级特级0.30.30.40.40.30.30.070.070.15n0.15n0.2n0.2n 一级一级0.30.30.40.40.50.50.130.130.3n0.3n0.5n0.5n 二级二级0.40.40.60.61.01.00.30

13、0.300.6n0.6n0.8n0.8n 三级三级2.02.03.03.02.02.00.700.701.4n1.4n2.0n2.0n 26 注：n为测段的测站数 各等级使用的仪器、观测方法及要求各等级使用的仪器、观测方法及要求 27 等等 级级 使用仪器、观测方法及要求使用仪器、观测方法及要求 特特 级级 DSDS0.5 0.5型仪器，视线长度 型仪器，视线长度15m15m，前后视距差，前后视距差0.3m0.3m， 视距累计差视距累计差1.5m1.5m，宜按国家一等水准测量的技术要，宜按国家一等水准测量的技术要 求施测求施测 二二 级级 DSDS0.5 0.5型仪器，宜按国家一等水准测量的技

14、术要求施测 型仪器，宜按国家一等水准测量的技术要求施测 三三 级级 DSDS0.5 0.5或 或DSDS1 1型仪器，宜按国家二等水准测量的技术要型仪器，宜按国家二等水准测量的技术要 求施测求施测 四四 级级 DSDS0.5 0.5或 或DSDS1 1型仪器，宜按国家三等水准测量的技术要型仪器，宜按国家三等水准测量的技术要 求施测求施测 监测点的精度要求（监测点的精度要求（mmmm） 等级等级 往返较差、附合往返较差、附合 或环线闭合差或环线闭合差 高程中高程中 误差误差 相邻点高差中相邻点高差中 误差误差 特级特级0.15n0.15n0.30.30.2n0.2n 一级一级0.3n0.3n0.

15、50.50.5n0.5n 二级二级0.6n0.6n1.01.00.8n0.8n 三级三级1.4n1.4n2.02.02.0n2.0n 28 注：n为测段的测站数 方法二方法二 精密三角高程测量精密三角高程测量 29 精密水准测量因受观测环境影响小，观测精 度高，仍然是沉降监测的主要方法； 如果水准路线线况差，水准测量实施将很困 难。 高精度全站仪的发展，使得电磁波测距三角 高程测量在工程测量中的应用更加广泛； 电磁波测距三角高程测量代替水准测量进行 沉降监测，将极大地降低劳动强度，提高工作 效率。 短边三角高程测量法进行建筑物的沉降观测短边三角高程测量法进行建筑物的沉降观测 思考思考 三角高程

16、测量方法。三角高程测量方法。 三角高程测量观测内容。三角高程测量观测内容。 三角高程测量如何应用于沉降观测中？三角高程测量如何应用于沉降观测中？ 任务三任务三 倾斜观测倾斜观测 2021-6-30 用测量仪器来测定建筑物的基础和主 体结构倾斜变化的工作，称为倾斜观测。 1一般建筑物主体的倾斜观测 2圆形建（构）筑物主体的倾斜观测 3建筑物基础倾斜观测 四、建筑物的倾斜观测类型 2021-6-30 五、倾斜观测的方法五、倾斜观测的方法 H D h e tgi BB A e h 式中式中 i建筑物主体的倾斜度；建筑物主体的倾斜度； D建筑物顶部观测点相对于底部观测点的偏移值（建筑物顶部观测点相对于

17、底部观测点的偏移值（m）；）； H建筑物的高度（建筑物的高度（m）；）； 倾斜角（倾斜角（）。）。 2021-6-30 1 1、经纬仪投影法、经纬仪投影法 在圆形建筑物的两个相互垂直的方向上安置经纬仪在圆形建筑物的两个相互垂直的方向上安置经纬仪 或全站仪；或全站仪； 测站距离圆形建筑物的距离应大于其高度的测站距离圆形建筑物的距离应大于其高度的1.51.5倍；倍； 在圆形建筑物的底部横放两把尺子，使两尺相互垂在圆形建筑物的底部横放两把尺子，使两尺相互垂 直，且分别垂直于圆形建筑物中心与两测站的连线。直，且分别垂直于圆形建筑物中心与两测站的连线。 经纬仪分别照准建筑物的顶部、底部的边缘，向下经纬仪

18、分别照准建筑物的顶部、底部的边缘，向下 投影。投影。 2021-6-30 M N P Q X Y H A B N Q A B 图图 一般建筑物的倾斜观测一般建筑物的倾斜观测 经纬仪投影法，观测方法如下： 1）将经纬仪安置在固定 测站上，该测站到建筑物 的距离，为建筑物高度的 1.5倍以上。瞄准建筑物X 墙面上部的观测点M，用 盘左、盘右分中投点法， 定出下部的观测点N。用 同样的方法，在与X墙面 垂直的Y墙面上定出上观 测点P和下观测点Q。M、 N和P、Q即为所设观测标 志。 2021-6-30 （2）隔一段时间后， 在原固定测站上，安 置经纬仪，分别瞄准 上观测点M和P，用盘 左、盘右分中投

19、点法， 得到N和Q。如果， N与N、Q与Q不重合， 说明建筑物发生了倾 斜。 M N P Q X Y H A B N Q A B 图图 一般建筑物的倾斜观测一般建筑物的倾斜观测 2021-6-30 22 BAD （3）用尺子，量出 在X、Y墙面的偏移值 A、B，然后用矢 量相加的方法，计算 出该建筑物的总偏移 值D，即： 根据总偏移值D和建筑 物的高度H即可计算出 其倾斜度i。 M N P Q X Y H A B N Q A B 图图 一般建筑物的倾斜观测一般建筑物的倾斜观测 2021-6-30 2、前方交会法、前方交会法 当测定偏距当测定偏距e e的精度要求较高时，可以采用角度前方交会法。的

20、精度要求较高时，可以采用角度前方交会法。 首先在圆形建筑物周围标定首先在圆形建筑物周围标定A A、B B、C C三点，观测其转角和边长，则可求得其在资三点，观测其转角和边长，则可求得其在资 用坐标系中的坐标；用坐标系中的坐标； 然后分别设站于然后分别设站于A A、B B、C C三点，观测圆形建筑物顶部两侧切线与基线的夹角，并三点，观测圆形建筑物顶部两侧切线与基线的夹角，并 取其平均值；取其平均值； 以同样的方法观测圆形建筑物底部；以同样的方法观测圆形建筑物底部； 按角度前方交会定点的原理，即可求得圆形建筑物顶部圆心按角度前方交会定点的原理，即可求得圆形建筑物顶部圆心OO和底部圆心和底部圆心O

21、O的坐的坐 标。标。 22 )()( OOOO yyxxe 2021-6-30 3 3、任意点置镜方向交会法、任意点置镜方向交会法 对非圆形建筑物，如高层建筑物的楼体进对非圆形建筑物，如高层建筑物的楼体进 行倾斜观测，过去一般用基础不均匀沉降来行倾斜观测，过去一般用基础不均匀沉降来 推算。推算。 当建筑物属于非钢体变形时，这一当建筑物属于非钢体变形时，这一 方法就失去了作用。方法就失去了作用。 由于建筑物在施工阶段其楼体上变形点无由于建筑物在施工阶段其楼体上变形点无 法置镜，因此，只能用方向交会的方法来交法置镜，因此，只能用方向交会的方法来交 会该点的位置，以此来分析该点的倾斜值会该点的位置，

22、以此来分析该点的倾斜值 （变形值）。（变形值）。 施工期间建筑场地有各种施工机械、设备、施工期间建筑场地有各种施工机械、设备、 堆放的各种建筑材料，以及作业人员流动频堆放的各种建筑材料，以及作业人员流动频 繁等因素，使变形监测基准点位或被破坏，繁等因素，使变形监测基准点位或被破坏， 致使观测时不能用正常的前方交会方法交会致使观测时不能用正常的前方交会方法交会 变形点的位置。变形点的位置。 本方法后视任意两点交会变形点，并将这本方法后视任意两点交会变形点，并将这 种交会法转化为两方向前方交会算法。种交会法转化为两方向前方交会算法。 2021-6-30 4、激光垂准法、激光垂准法 利用激光垂准仪，

23、测定利用激光垂准仪，测定 建筑物底部和顶部距离垂建筑物底部和顶部距离垂 准激光束的距离差，从而准激光束的距离差，从而 计算建筑物某轴线（某一计算建筑物某轴线（某一 面）的倾斜度。面）的倾斜度。 这种方法受施工干扰较这种方法受施工干扰较 大，在施工现场较难使用。大，在施工现场较难使用。 2021-6-30 用水准仪测出两个观测点之间的相对沉陷，用水准仪测出两个观测点之间的相对沉陷， 由相对沉陷与两点之间距离之比，可换算成倾斜由相对沉陷与两点之间距离之比，可换算成倾斜 角。角。 是测定观测点高程及基础倾斜的方法之一是测定观测点高程及基础倾斜的方法之一 ，仪器不受距离限制，并且距离愈长，测定倾，仪器

24、不受距离限制，并且距离愈长，测定倾 斜度的精度愈高。斜度的精度愈高。 2021-6-30 气泡式倾斜仪由一个高灵敏度的气泡水准管和一套气泡式倾斜仪由一个高灵敏度的气泡水准管和一套 精密的测微器组成。使用时将倾斜仪安置在需要的位置精密的测微器组成。使用时将倾斜仪安置在需要的位置 上以后，转动带有读数盘的测微轮，通过测微杆向上或上以后，转动带有读数盘的测微轮，通过测微杆向上或 向下移动，直至水准气泡居中为止。此时在读数盘上读向下移动，直至水准气泡居中为止。此时在读数盘上读 出该处的倾斜度出该处的倾斜度 我国制造的气泡式倾斜仪，灵敏度为我国制造的气泡式倾斜仪，灵敏度为2 2 ，总的观，总的观 测范围

25、为测范围为1 1。气泡式倾斜仪适用于观测较大的倾斜角。气泡式倾斜仪适用于观测较大的倾斜角 或量测局部位置的变形，例如测定设备基础和平台的倾或量测局部位置的变形，例如测定设备基础和平台的倾 斜。斜。 倾斜仪和电子水准器虽有明显的优点，但当建筑物倾斜仪和电子水准器虽有明显的优点，但当建筑物 变形范围很大，工作测点很多时，这类仪器就不如水准变形范围很大，工作测点很多时，这类仪器就不如水准 仪灵活。因此，变形观测的常用方法仍是水准测量。仪灵活。因此，变形观测的常用方法仍是水准测量。 2021-6-30 H D i tan 例例1一般建筑物主体的倾斜观测 建筑物主体的倾斜观测，应测定建筑物顶部 观测点相

26、对于底部观测点的偏移值，再根据建筑 物的高度，计算建筑物主体的倾斜度，即 倾斜测量主要是测定建筑物主体的偏移值D。 偏移值D的测定一般采用经纬仪投影法。 式中式中 i建筑物主体的倾斜度；建筑物主体的倾斜度； D建筑物顶部观测点相对于底部观测点的偏移值（建筑物顶部观测点相对于底部观测点的偏移值（m）；）； H建筑物的高度（建筑物的高度（m）；）； 倾斜角（倾斜角（）。）。 2021-6-30 y y1y2y1y2 x1 x2 x1 x2 x O O x yA B A B 图图 圆形建（构）筑物的倾斜观测圆形建（构）筑物的倾斜观测 例例2圆形建（构）筑物主体的倾斜观测 对圆形建（构）筑物的倾斜对圆形建（构）筑物的倾斜 观测，是在互相垂直的两个方观测，是在互相垂直的两个方 向上，测定其顶部中心对底部向上，测定其顶部中心对底部 中心的偏移值。中心的偏移值。 （1）在烟囱底部横放 一根标尺，在标尺中 垂线方向上